РЕФЕРАТ.

Кодирование изображений.

Садыков М.Р.

27 июля 1997 года.

1.Цвет

Человеческий глаз состоит примерно из 7 млн. колбочек и 120 млн. палочек. Функция палочек заключается в «ночном зрении» - светочувствительности и приспособлении к окружающей яркости. Функция колбочек - «дневное зрение» - восприятие цвета, формы и деталей предмета. В них заложены три типа воспринимающих элементов, каждое из которых воспринимает световое излучение только определенной длины волн, соответствующих одному из трех основных цветов: красному, зеленому и синему. Остальные цвета и оттенки получаются смешением этих трех.

Человеческий глаз воспринимает цветовую информацию в диапазоне волн примерно от 380 нм (синий цвет) до 770 нм (красный цвет). Причем наилучшую чувствительность имеет в районе 520 нм (зеленый цвет).

На рисунке показана чувствительность глаза в зависимости от длины принимаемой волны. Область частот, левее синей - ультрафиолетовые волны, правее красной - инфракрасные волны.

Грассман привел законы природы цвета:

Трехмерность природы цвета. Глаз реагирует на три различных цветовых составляющих. Примеры: красный, зеленый и синий цвета; цветовой тон
(доминирующая длина волны), насыщенность (чистоту) и яркость (светлость).

Четыре цвета всегда линейно зависимы, то есть [pic], где [pic]. Для смеси двух цветов [pic] и [pic] имеет место равенство: [pic].Если цвет [pic] равен цвету [pic] и цвет [pic] тоже равен цвету [pic], то [pic]цвет [pic] равен цвету [pic] независимо от структуры спектров энергии [pic].

Цветовое пространство непрерывно. Если в смеси трех цветов один непрерывно изменяется, а другие остаются постоянными, то цвет смеси будет меняться непрерывно.

Рассмотрим основные цветовые модели:

RGB.

Данная модель построена на основе строения глаза. Она идеально удобна для светящихся поверхностей (мониторы, телевизоры, цветные лампы и т.п.). В основе ее лежат три цвета: Red- красный, Green- зеленый и Blue- синий. Еще
Ломоносов заметил, что с помощью этих трех основных цветов можно получить почти весь видимый спектр. Например, желтый цвет- это сложение красного и зеленого. Поэтому RGB называют аддитивной системой смешения цветов.
Чаще всего данную модель представляют в виде единичного куба с ортами:
(1;0;0)- красный, (0;1;0)- зеленый, (0;0;1)- синий и началом (0;0;0)- черный. На рисунке показан куб и также распределение цветов вдоль указанных векторов.

CMY.

Данная модель применяется для отражающих поверхностей (типографских и принтерных красок, пленок и т.п.). Ее основные цвета: Cyan- голубой,
Magenta- пурпурный и Yellow- желтый являются дополнительными к основным цветам RGB. Дополнительный цвет - разность между белым и данным, например, желтый = белый - синий.

Поэтому CMY называют субтрактивной системой смешения цветов. Например, при пропускании света пурпурный объект поглощается зеленая часть спектра, если далее пропустить через желтый объект, то поглотится синяя часть спектра и останется лишь красный цвет. Данный принцип используют светофильтры. На верхнем рисунке в кругах - основные цвета системы RGB, на пересечениях - их смешения. Аналогичным образом работают с красками художники, формируя необходимую палитру. На нижнем рисунке в кругах - основные цвета CMY, на пересечениях - смешения. Связь между RGB и CMY можно выразить через следующую формулу:

[pic]

Наряду с системой CMY также часто применяют и ее расширение CMYK.
Дополнительный канал K (от английского blacK) - черный. Он применяется для получения более «чистых» оттенков черного. В цветных принтерах чаще всего используется четыре красителя. Данная система широко применяется в полиграфии.

CIE.

Если имеется один контрольный цвет, то с помощью него можно получить некоторые цвета, варьируя данный контрольный по светлоте (при условии, что не используется цветовой тон и насыщенность). Данная процедура называется фотометрией и используется при создании монохроматических репродукций цветных изображений.

С помощью двух контрольных цветов можно получить гораздо больше цветов, но не все. Для получения видимого набора цветов используют три контрольных цвета, соблюдая условие, что они находятся в разных областях спектра. Рассмотрим следующий базис цветов:
1. Red- красный; лежит в области длинных видимых волн (`700 нм).
2. Green- зеленый; лежит в области средних видимых волн (`546 нм).
3. Blue- синий; лежит в области средних коротких волн (`436нм).

Рассмотрим цвет C:

[pic], r, g, b- относительные количества потоков базовых цветов, входящие в интервал [0; 1]. Но данным сложением можно уравнять не все цвета. Например, для получения сине-зеленого цвета объединяем синий и зеленый потоки цвета, но их сумма выглядит светлее, чем необходимый. Если попытаться сделать его темнее с помощью красного, то получим еще более светлый результирующий цвет, так как световые энергии складываются. То есть мы можем добавлять красный, для получения более светлого образца. Математически добавление красного цвета к поучаемому цвету соответствует вычитанию его из двух оставшихся базовых потоков (физически это невозможно, так как отрицательной интенсивности света не существует). Запишем уравнение следующим образом: